316L奧氏體不銹鋼小直徑真空容器的焊接

中國工程物理研究院核物理與化學研究所 （四川綿陽 621900） 朱文華 崔元萍 李軍格 羅正華

1.概述

某容器結構如圖1所示，外徑37mm，內徑27mm，由床體及封頭焊接而成，材質為316L奧氏體不銹鋼。工作真空5×10-4Pa，最高壓力0.1MPa，焊縫不允許有未焊透、未熔合、裂紋和條形缺陷，射線探傷滿足JB4730.2—2005 Ⅰ級要求。針對容器特點，我們從焊接方法、焊接結構、焊絲選擇、焊接參數及特殊工藝措施等方面制定焊接工藝，滿足了焊縫射線探傷要求及容器真空要求。

圖1 容器結構示意

2.焊接方法及焊接材料

根據奧氏體不銹鋼的焊接特點和零件的結構特點，選用手工氬弧焊，焊接采用單面焊、雙面成形的焊接形式。焊接時既要保證接頭的坡口根部焊透，又要防止燒穿或形成焊瘤。如果根部未完全熔透，坡口背面焊道成形不良，在未熔合夾渣等缺陷處會引起應力集中，降低焊接強度，縮短使用壽命；未熔合及焊瘤缺陷，則會嚴重影響容器的真空要求。因此焊接時焊縫要求質量較高。

遵循“等成分”原則選擇焊接材料，同時為增強接頭抗熱裂紋和晶間腐蝕能力，使接頭中盡量不出現鐵素體，因此，選擇H00Cr19Ni12Mo2氬弧焊用焊絲，其成分如表1所示。

表1 焊絲H00Cr19Ni12Mo2化學成分（質量分數）（%）

3.焊接結構及焊接方式

（1）焊接結構 通過焊接試驗，采用U形坡口，坡口的鈍邊為0.5mm，坡口角度為40°～50°，其坡口形式如圖2所示。由于不銹鋼熱膨脹系數較大，焊接時會產生較大的焊接應力，所以為避免產生軸線錯位，防止焊接變形，筒節對接焊時采用氬弧焊點固，點固焊縫對稱分布。

圖2 焊接坡口結構

（2）焊接參數 不銹鋼焊接的突出特點是對過熱敏感，故焊接時宜采用小電流、快速焊；多層焊時嚴格控制層間溫度＜60℃。采用手工氬弧焊熔焊打底，雙面氬氣保護，焊接參數如表2所示。焊絲電弧焊填充蓋面，焊接參數如表3所示。

表2 手工鎢極氬弧焊熔焊焊接參數

表3 焊絲電弧焊焊接參數

4.焊接工藝要點

影響焊接質量的因素有很多，為確保焊縫質量要求，經過摸索，在施焊過程中需注意以下幾點：

（1）用有機溶劑丙酮或乙醇清洗坡口兩側20～30mm內的油污，清洗焊絲表面。

（2）焊前將零件放置在烤箱內進行烘烤除氣，溫度約300℃，時間2h。

（3）焊縫對接處不留間隙，焊接時采用小電流，低電壓，快速焊。

（4）手工氬弧焊熔焊打底，雙面氬氣保護，容器內通過管端φ6mm孔輸入氬氣，由于沒有排氣端，容器容積又小，在熔焊至3/4圈后，必須減小背面氬氣流量，否則會造成焊縫熔合困難。

（5）多層焊時嚴格控制層間溫度，使層間溫度＜60℃。

（6）焊接過程中，為加快焊縫冷卻速度，可在焊接區用水強冷。

（7）焊接過程中必須遵照一定的施焊順序進行，盡量避免焊接變形。

5.結語

通過焊接試驗，確定出焊接接頭形式和合理的焊接參數，控制焊接要點，容器焊后焊縫成形美觀，按照JB4730.2—2005 進行100%射線探傷，全部達Ⅰ級要求；并且進行氦質譜檢漏，漏率達3.4×10-9Pa·L/s，產品合格率為100%。